En la antigua capilla de Torre Girona, en Barcelona, la tecnología ha ido cambiando de forma, de tamaño y de ambición. Allí se instaló en 2004 MareNostrum 1, el primer gran superordenador de la saga: una máquina que ocupaba buena parte de aquel espacio, rodeada de cristal, y que entonces llegó a ser la cuarta más potente del mundo. Hoy, dos décadas después, uno solo de los miles de chips acelerados de MareNostrum 5 tiene más potencia que aquel primer sistema completo.

La comparación parece pensada para titulares, pero sirve para entender mejor la velocidad a la que avanza la supercomputación. En apenas 20 años, lo que antes llenaba 180 metros cuadrados cabe ahora, en términos de capacidad de cálculo, en un chip de unos ocho centímetros cuadrados.

MareNostrum 5 ya no cabe en la capilla. El último superordenador del Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación ocupa una sala de unos 800 metros cuadrados, una superficie similar a tres pistas de tenis, y necesita otros 2.000 metros cuadrados para servicios auxiliares como refrigeración, transformadores eléctricos y sistemas de soporte. Bajo el suelo técnico discurren cables, tuberías de agua y fibras de red. En total, sus cables de cobre y fibra óptica suman 160 kilómetros: puestos en línea recta, llegarían desde Barcelona hasta Fraga.

Pero MareNostrum 5 no es un monumento a la potencia bruta. Es una infraestructura científica pensada para que investigadores españoles y europeos puedan abordar problemas que serían inasumibles con ordenadores convencionales: simular el clima con más precisión, diseñar nuevos fármacos y vacunas, estudiar materiales y enfermedades, entrenar modelos de lenguaje o explorar la fusión nuclear.

Mateo Valero, director fundador del BSC y una de las figuras clave de la supercomputación en España, suele resumirlo con una imagen sencilla: los supercomputadores permiten crear gemelos digitales, representaciones virtuales de fenómenos que queremos ver por primera vez o entender mejor. Es decir, permiten ensayar el futuro antes de que ocurra.

314.000 billones de cálculos por segundo

MareNostrum 5 tiene una capacidad máxima de 314 petaflops. Traducido a un lenguaje menos técnico, puede realizar hasta 314.000 billones de operaciones por segundo. La cifra se entiende mejor con otra comparación: los cálculos que esta máquina hace en una hora llevarían 46 años a un portátil de gama media-alta.

Su arquitectura combina varias formas de computación. Por un lado, cuenta con una partición de propósito general destinada a la computación clásica y especialmente útil para problemas científicos complejos que requieren flexibilidad y capacidad de ejecutar varias tareas al mismo tiempo. Por otro, incorpora una partición acelerada pensada para inteligencia artificial, simulación numérica y cargas de trabajo extremadamente intensivas.

La partición de propósito general, fabricada por Lenovo y con tecnología de Intel, alcanza un rendimiento pico de 45,4 petaflops. Es la más grande del planeta basada en la arquitectura computacional x86. La partición acelerada llega a 260 petaflops, ha sido desarrollada por Eviden, cuenta con 4.480 procesadores NVIDIA Hopper y es la tercera más potente de Europa y octava del mundo.

Ambos sistemas por separado se sitúan entre los 20 superordenadores de mayor capacidad en todo el mundo, aunque desde el propio BSC subrayan que en supercomputación los rankings envejecen muy rápido y lo importante no es solo figurar arriba en una lista, sino disponer de la mejor herramienta para que la comunidad investigadora resuelva los problemas que necesita resolver.

La máquina está organizada en más de 180 racks, esos grandes armarios negros que contienen nodos con chips, memoria RAM, tarjetas de red y discos duros. Tiene más de 8.000 nodos, que trabajan de forma coordinada. La lógica es aparentemente sencilla: un gran problema se divide en partes pequeñas, cada nodo calcula una de ellas, los resultados se intercambian a través de una red de alta velocidad y el proceso se repite hasta llegar a una solución.

Pero calcular no basta. Un superordenador como MareNostrum 5 también necesita guardar cantidades gigantescas de información y moverla muy rápido de un punto a otro. Su capacidad de almacenamiento ha pasado de los 15 petabytes de MareNostrum 4 a 650 petabytes: 248 petabytes en discos, para los datos que deben consultarse con más rapidez, y otros 402 petabytes en cintas magnéticas, pensadas para conservar información a largo plazo de forma más eficiente. El sistema podría almacenar 1.280 copias de todos los libros catalogados a lo largo de la historia.

La otra pieza clave es la red interna que conecta los más de 8.000 nodos. MareNostrum 5 utiliza una especie de ‘autopista de alta velocidad’ que permite que intercambien información mientras trabajan sobre un mismo problema.

En la práctica, esa coordinación entre miles de piezas es lo que convierte un superordenador en algo mucho más sofisticado que una simple acumulación de máquinas.

MareNostrum 5 es 23 veces más potente que su predecesor MareNostrum 4, y cerca de 10.000 veces más potente que el primero de la saga, MareNostrum 1.

La capilla cuántica

Mientras MareNostrum 5 trabaja fuera de la capilla, el antiguo espacio de Torre Girona ha vuelto a llenarse de tecnología puntera. Allí se ha instalado el primer ordenador cuántico del BSC, desarrollado con tecnología 100 % europea dentro del proyecto Quantum Spain, y el centro prepara también su integración con sistemas cuánticos europeos.

La computación cuántica todavía no tiene el grado de madurez ni de aplicación de la supercomputación clásica. Es, por ahora, una tecnología en fase de exploración, con grandes promesas y muchas incertidumbres. Pero su potencial apunta a campos como la optimización logística, la simulación molecular, el diseño de materiales, la criptografía o la ciberseguridad.

El ordenador cuántico del BSC funciona en un entorno extremo. El procesador, donde están los cúbits, se encuentra protegido dentro de un criostato y refrigerado con helio hasta temperaturas cercanas al cero absoluto, alrededor de -273 ºC. Es, literalmente, uno de los puntos más fríos del universo. Los pulsos de microondas modifican el estado de los cúbits para realizar operaciones lógicas y, al final del proceso, los resultados se traducen de nuevo en bits clásicos, unos y ceros, para que puedan ser interpretados por un ordenador convencional.

Para entenderlo de forma sencilla, el ordenador cuántico no funciona como un portátil ni como un servidor convencional. El usuario envía las instrucciones desde un ordenador clásico y esas órdenes llegan a un sistema de control, que las transforma en señales de microondas.

Esas señales viajan hasta el interior del criostato, una especie de nevera científica muy potente. Allí, protegido del exterior y enfriado al extremo, está el procesador cuántico. En él se encuentran los cúbits, las unidades básicas de información de la computación cuántica. Los cúbits son muy delicados. Para que puedan trabajar correctamente, necesitan estar aislados del ruido, de los cambios de temperatura y de cualquier perturbación externa. Por eso el sistema utiliza helio para enfriarlos, escudos de protección para aislarlos y equipos de control que envían señales muy precisas. Cuando termina el cálculo, el resultado vuelve al ordenador clásico convertido en lenguaje binario, que puede entender.

Toda esta potencia tiene un coste

Los superordenadores consumen mucha energía y necesitan sistemas complejos de refrigeración. Valero no lo esquiva: el gran consumo energético es uno de los problemas fundamentales de estas máquinas. “Ponte tú en tu casa a enchufar un millón de procesadores al enchufe…”, bromea. Pero detrás de la imagen hay una realidad económica muy concreta: según su director, el BSC paga alrededor de 12 millones de euros al año en factura eléctrica y trabaja con una potencia de unos 12 MW.

En ese contexto, la eficiencia es una cuestión ambiental, pero también económica. En MareNostrum 5, la refrigeración por agua es clave. Los circuitos enfrían los elementos del supercomputador de forma más eficiente que una refrigeración exclusivamente por aire. Así, los circuitos de los chips enfrían alrededor del 90 % del ordenador y el calor se reutiliza para calefactar el edificio. Esto permite recircular el agua y reducir el gasto hídrico. El consumo eléctrico, en cambio, sigue siendo la gran magnitud a vigilar.

La ciencia que no se ve, pero usamos cada día

El objetivo del BSC es desarrollar modelos y herramientas que sirvan para hacer mejor ciencia, reforzar el ecosistema público y apoyar a empresas que no podrían acceder por sí solas a este tipo de infraestructura. Ahí encaja la BSC AI Factory, vinculada a la ampliación de MareNostrum 5 para inteligencia artificial. La idea es abrir parte de la capacidad del superordenador también al sector privado, especialmente a startups, pymes y administraciones públicas, mediante convocatorias competitivas y evaluación de propuestas. Ya ha dado servicio a centenares de entidades.

El matiz es importante: no se trata de convertir el BSC en un proveedor comercial más, sino de usar una infraestructura pública para que el tejido empresarial europeo no quede descolgado en una carrera dominada por gigantes tecnológicos estadounidenses y asiáticos.

Porque la supercomputación ha dejado de ser un concepto lejano reservado a físicos o matemáticos. Está detrás de investigaciones que terminan afectando a la vida cotidiana, aunque casi nunca se perciban como tal. La predicción meteorológica, la medicina personalizada, los nuevos materiales o la inteligencia artificial dependen cada vez más de la capacidad de procesar cantidades enormes de datos y ejecutar simulaciones complejas.

Valero sentencia sobre su versatilidad: “Te diría que casi no hay ciencia o ingeniería que no la utilice”.

En clima, MareNostrum 5 permite trabajar con modelos de mayor resolución. Esto significa pasar de simulaciones que representan fenómenos en escalas de cientos de kilómetros a otras capaces de incorporar procesos que ocurren en escalas de pocos kilómetros. Esa diferencia puede ser clave para mejorar las predicciones y para proyectos como Destination Earth, la iniciativa europea que busca construir una réplica virtual del planeta para analizar los efectos del cambio climático y probar escenarios de desarrollo más sostenible.

Pero MareNostrum 5 está especialmente diseñado para reforzar la investigación médica europea en el diseño de nuevos fármacos, desarrollo de vacunas y simulaciones de propagación de virus. Paula Petrone, investigadora del departamento de Ciencias de la Vida del BSC, trabaja precisamente en esa frontera entre inteligencia artificial, datos y medicina. Su equipo colabora estrechamente con profesionales médicos para desarrollar herramientas que les ayuden en su trabajo, sobre todo en diagnóstico por imágenes, aunque también analizan señales fisiológicas procedentes de electrocardiogramas, estetoscopios digitales y dispositivos wearables que miden variables como la presión arterial, la saturación de oxígeno, la frecuencia respiratoria o la temperatura corporal.

Uno de los ámbitos más claros es la radiómica, donde los algoritmos pueden detectar patrones en las imágenes a nivel de píxel que incluso un ojo experto podría pasar por alto. Petrone cita también proyectos concretos en cardiología, desarrollados en colaboración con la Unidad de Resonancia Magnética Cardíaca del Hospital de la Santa Creu i Sant Pau: algoritmos que analizan electrocardiogramas para detectar patologías cardíacas como el infarto, sistemas que interpretan imágenes de resonancia magnética cardíaca y una herramienta que revisa informes médicos para identificar inconsistencias y ambigüedades, ayudando a los cardiólogos a redactar reportes más claros y estandarizados.